为什么宇宙是由物质而非反物质构成的新线索

我们从哪里来的?

对于任何人来说，这都是一个非常大的问题。如果我们想要回答这些问题，我们将不得不将其分解为较小的问题，然后进一步打破较小的问题，直到我们知道我们可以确定的为止。

我们需要回答的一个较小的问题是揭开我们起源的神秘面纱，这就是为什么宇宙是由物质而不是反物质构成的。公平地说，这仍然是一个非常大的问题，因此科学家一直在寻找基本粒子工作方式的线索。毕竟，你真的不能小于那个。

3月21日，物理学家宣布他们观察到一种这样的粒子显示奇特的行为。观察是一个小事情，需要在一天之内解释所有反物质的去向。

宇宙今天完全由物质构成，即使在它诞生的那一刻有相同数量的物质和反物质。

这一发现是在意大利举行的年度粒子物理会议Rencontres de Moriond以及CERN特别研讨会上宣布的。欧洲核子研究中心是欧洲核研究实验室，负责运行大型强子对撞机(LHC)，这是世界上最大的物理实验，也是物理学家发现的地方。

“特殊行为”被称为CP违规，并且被认为是宇宙在第一个原子形成之前失去所有反物质的原因。

'CP'代表电荷平价。如果我们的宇宙坚持CP对称性，那么用其反粒子替换的粒子及其镜子自旋取代的旋转应该与原始粒子的行为相同。为了重新发现作为发现的合作成员的Patrick Koppenburg，“在镜子中看到的反物质应该看起来像物质”。

但是，我们的宇宙违反了CP对称性。在镜子中看到的反物质看起来不像物质，这种失常可能有助于消灭宇宙中反物质的供应。

以前在两种介子中观察到CP违反。介子是由一个夸克和一个不同类型的反夸克组成的粒子。

总共有六种夸克 - 和六种反夸克：上，下，上，下，魅力，奇怪。它们结合在一起形成了几十种不同的介子。例如，kaon是由一个奇怪的夸克和一个上 / 下反夸克组成的介子; B介子是由一个底部反夸克和一个上 / 下 / 奇怪 / 魅力夸克组成的介子。物理学家分别在20世纪60年代和2001年观察到了Kaons和B介子侵犯CP对称性。

3月21日，在大型强子对撞机上使用一台名为LHCb的探测器的物理学家宣布，第三颗粒子加入了这一组：在20世纪70年代发现的D0介子。每个D0介子都由魅力夸克和向上反夸克组成。这是第一次构成魅力夸克的粒子显示出违反CP对称性的迹象。

但即使我们现在有三个CP违规事件，但物质 - 反物质问题并未被视为已解决。这是因为这些实例本身并不足以解释为什么所有的反物质都消失了。我们需要其他更强大的“来源”。

例如，迄今为止仅在含有夸克和/或反夸克的粒子中观察到CP对称性违反。我们还需要在“轻子区”中找到这种违规的证据 - 即观察违反CP对称性的电子和中微子 - 以及涉及强核力的相互作用。这就是粒子物理学的标准模型，它是物理学家用来理解当前已知基本粒子的一套规则。

揭示所有这些的关键是弄清楚为什么违规发生在码头中已经存在的粒子中。

CP对称性违反的核心罪行是由一支称为弱核力量的基本力量所致。这种力量因引起铀和钚等重原子的放射性而闻名。同样的力量也优先与左手夸克相互作用，而忽略了右手夸克。

因此，在一系列涉及夸克和反夸克以及其他粒子的反应中，弱力确保产生物质的过程比产生反物质的过程更频繁地发生。这样，在一些与反物质相结合并变成纯能量之后，还有很多事情遗留下来。

理论物理学家马特·斯特拉斯勒(Matt Strassler)称，在D0介子中发现CP违规行为是博客文章中 LHCb的“真正政变” ，并且它“符合预期”。

粒子物理学的标准模型已经预测这些违规应该发生在不同的粒子中。但是，预测有点近似 - 没有我们想要的小数位数。

这是因为，如前所述，有三种预期的CP违规来源：夸克部门，轻子部门和涉及强大核力量的相互作用。因此，当D0介子违反CP对称性时，其违反的程度有两个贡献：一些来自夸克部门，一些来自强核力，即将夸克固定在一起的力量。涉及强核力的计算非常复杂，因此物理学家在寻找答案的道路上做了近似。

因此，我们不知道LHCb发现的违规程度以及标准模型预测的违规程度如何匹配。如果它们接近，那就没关系; 在D0介子中发现CP违规将是我们已经看到的事情。但如果它不接近 - 即如果LHCb看到的违规程度大于标准模型所预测的程度 - 那么它变得非常非常有趣。

到目前为止，标准模型已经解释了所有已知基本粒子的行为：轻子，夸克和玻色子。但它没有回答关于为什么粒子的属性是什么，为什么有六种类型的夸克，暗物质是什么等问题的答案。许多物理学家都希望有更多的粒子可以帮助解决这些问题。的问题。这些粒子的物理学被称为“新物理学”。

长话短说：我们不知道D0介子中的CP违反是否是“新物理”的标志。如果是，那将是一个巨大的结果。但这不太可能是因为标准模型非常擅长做出准确的预测。

但正如曼彻斯特大学物理讲师Marco Gersabeck 写道：“有充分理由相信，物理学有朝一日能够解释我们为什么会在这里。”